有關(guān)液壓支架系統(tǒng)的分析優(yōu)化技術(shù)探索

張 衡 周 豹（平頂山平煤機(jī)煤礦機(jī)械裝備有限公司，河南 平頂山 467000）

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有關(guān)液壓支架系統(tǒng)的分析優(yōu)化技術(shù)探索

張 衡 周 豹
（平頂山平煤機(jī)煤礦機(jī)械裝備有限公司，河南 平頂山 467000）

摘 要：隨著中國(guó)科技與能源經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，液壓支架技術(shù)已經(jīng)涉及到煤礦開采的方方面面，在原煤開采中起著舉足輕重的作用，同時(shí)，人們對(duì)液壓支架的研發(fā)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。然而目前存在一定數(shù)目的煤礦企業(yè)還是通過人工調(diào)節(jié)參數(shù)的傳統(tǒng)方式來對(duì)四連桿參數(shù)進(jìn)行改良優(yōu)化，這樣就會(huì)導(dǎo)致液壓支架研發(fā)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出的液壓支架的頂梁軌跡擺幅過大，并且研發(fā)設(shè)計(jì)人員對(duì)液壓支架進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化花費(fèi)的時(shí)間比較長(zhǎng)。本文介紹了液壓支架系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)，提出了對(duì)支架液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的具體方案以及相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：液壓支架系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；綜合分析模型；多目標(biāo)

伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)得到了極大地提升，人們平時(shí)的生活質(zhì)量相較以前有了質(zhì)的改變。同時(shí)，社會(huì)的工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活對(duì)能量供應(yīng)的需求也是與日俱增。目前我國(guó)最常用的能源是化石能源，其中世界原油儲(chǔ)量已經(jīng)不容樂觀，石油開采的成本越來越大。所以人們首選的能源為煤炭。煤炭?jī)?chǔ)量龐大，并且煤礦開采經(jīng)濟(jì)成本相較石油開采更加便宜，加之煤炭無論是井下開采還是露天開采其開采難度都相較石油的陸地或者海上開采難度要低得多。綜上所述，煤炭資源已經(jīng)成為目前中國(guó)主要的能源。

從改革開放開始，我國(guó)的煤炭開采量年年上升，我國(guó)各大煤炭礦場(chǎng)都一直對(duì)大型煤炭綜合開采機(jī)械設(shè)備以及相關(guān)的配套技術(shù)有大量的需求。大型煤炭綜合開采機(jī)械設(shè)備以及相關(guān)的配套技術(shù)在我國(guó)乃至世界市場(chǎng)上已經(jīng)達(dá)到了供不應(yīng)求的地步。大型煤炭綜合開采機(jī)械設(shè)備進(jìn)行快速高效率的采煤作業(yè)離不開一種關(guān)鍵的設(shè)備——液壓支架。實(shí)現(xiàn)液壓支架作為型煤炭綜合開采機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備同樣有著巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及發(fā)展前景。

液壓支架的能量來源為具有很大壓力的液體，它主要由金屬材質(zhì)的零部件以及一些液壓器件構(gòu)成，同采煤機(jī)以及刮板運(yùn)輸機(jī)共同組成了煤炭綜采設(shè)備。液壓支架與其他煤炭綜合開采機(jī)械設(shè)備一同用于煤炭開采作業(yè)，能夠完成采煤作業(yè)過程中的關(guān)鍵工藝流程。本文為了克服傳統(tǒng)液壓支架設(shè)計(jì)中存在的工藝繁多、花費(fèi)時(shí)間很長(zhǎng)、浪費(fèi)大量的人力資源以及自然資源、復(fù)用性能差以及最為關(guān)鍵的使用時(shí)間太短等缺陷，研發(fā)設(shè)計(jì)出一種計(jì)算應(yīng)用平臺(tái)。本平臺(tái)專門用于通過對(duì)液壓之間的參數(shù)分析來對(duì)液壓支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地解決了在現(xiàn)實(shí)煤礦采煤作業(yè)中液壓支架存在的一些問題與不足。

1. 液壓支架系統(tǒng)優(yōu)化的具體要求

在煤礦企業(yè)得到廣泛應(yīng)用的液壓支架從結(jié)構(gòu)以及圍巖關(guān)系上考慮，主要包括下面三大類：

（1）支撐式液壓支架

支撐式液壓支架詳細(xì)來分，又包括節(jié)式支架與垛式支架。其中，節(jié)式支架一般指的是兩個(gè)或兩個(gè)以上數(shù)目的機(jī)械連接形成架節(jié)，各個(gè)架節(jié)依次依靠與自己相鄰的架節(jié)做為移動(dòng)的支點(diǎn)依次進(jìn)行運(yùn)動(dòng)前進(jìn)的支撐式液壓支架；而垛式支架一般指的是呈箱形的底座含有起到穩(wěn)固作用的4個(gè)支柱，內(nèi)部則是復(fù)位相關(guān)設(shè)施機(jī)構(gòu)的支撐式液壓支架。

（2）掩護(hù)式液壓支架

掩護(hù)式液壓支架與其他液壓支架的不同之處在于掩護(hù)式液壓支架含有掩護(hù)梁。

（3）支撐掩護(hù)式液壓支架

支撐掩護(hù)式液壓支架因?yàn)楹许斄号c掩護(hù)梁，也就是同時(shí)含有支撐式液壓支架與掩護(hù)式液壓支架的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，具有支撐式液壓支架與掩護(hù)式液壓支架雙方的優(yōu)點(diǎn)。支撐掩護(hù)式液壓支架是一種近幾年來從支撐式液壓支架與掩護(hù)式液壓兩者的基礎(chǔ)上新發(fā)展起來的液壓支架。正因如此，支撐掩護(hù)式液壓支架工程環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

下面將分別介紹優(yōu)化液壓支架系統(tǒng)的具體要求及相關(guān)建議：

1.1 優(yōu)化液壓支架系統(tǒng)時(shí)，采用集成化的設(shè)計(jì)方法

設(shè)計(jì)人員通過集成化的設(shè)計(jì)方案來對(duì)液壓支架系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)，盡最大可能使用板式、疊加式以及塊式的綜合集成化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步將管路的長(zhǎng)度降到最短，進(jìn)一步降低管接頭的數(shù)目。這樣做的目的有兩點(diǎn)：一是通過進(jìn)一步將管路的長(zhǎng)度降到最短是為了進(jìn)一步降低機(jī)械作業(yè)時(shí)的壓力損耗；二是通過進(jìn)一步降低管接頭的數(shù)目是為了進(jìn)一步降低機(jī)械作業(yè)時(shí)的壓力損耗以及進(jìn)一步降低失效環(huán)節(jié)的數(shù)目。設(shè)計(jì)人員通過集成化的設(shè)計(jì)方案來對(duì)液壓支架系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)能夠使整個(gè)液壓支架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)更加的靈活，工作效率大大提升，進(jìn)一步提高了液壓支架系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了液壓支架系統(tǒng)的復(fù)雜度。

1.2 優(yōu)化液壓支架系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的流量應(yīng)盡量大

液壓支架作為煤炭綜采設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，其移動(dòng)速度能夠?qū)γ旱V企業(yè)中原煤開采的產(chǎn)量以及采煤效率產(chǎn)生直接的影響。特別需要指出的是，液壓支架移動(dòng)速度的決定性因素為移駕花費(fèi)的時(shí)間，移駕花費(fèi)的時(shí)間相較采煤機(jī)通過液壓支架花費(fèi)的時(shí)間要小一些。當(dāng)缸徑相等的情況下，液壓支架移動(dòng)速度取決于液壓支架系統(tǒng)的流量大小，這就是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)液壓支架系統(tǒng)時(shí)為什么系統(tǒng)的流量應(yīng)盡量大的原因。

1.3 優(yōu)化液壓支架系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮各個(gè)元件的使用范圍相匹配

在液壓支架系統(tǒng)負(fù)載一定的情況下，為了充分保證液壓支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本、液壓支架系統(tǒng)的科學(xué)性以及可靠性，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格對(duì)液壓支架系統(tǒng)的供液壓力進(jìn)行甄選。當(dāng)液壓支架系統(tǒng)的供液壓力過小時(shí)，那么執(zhí)行器件的規(guī)格則要增加，液壓支架系統(tǒng)如果想要完成規(guī)定的移動(dòng)速率，就不得不加大液壓支架系統(tǒng)的供液流量；當(dāng)液壓支架系統(tǒng)的供液壓力過大時(shí)，那么執(zhí)行器件的密封則要增加，加大了液壓支架系統(tǒng)的成本。工作人員應(yīng)嚴(yán)格控制液壓支架系統(tǒng)的供液壓力，各個(gè)設(shè)備都有屬于自己的適宜壓力以及流量的范圍，假如工作環(huán)境中的壓力大于這個(gè)壓力范圍將會(huì)造成液壓支架系統(tǒng)性能下降，甚至降低液壓支架系統(tǒng)的使用壽命的嚴(yán)重后果。因此，設(shè)計(jì)人員對(duì)液壓支架系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到其他設(shè)備的適宜壓力以及流量的范圍，確保每個(gè)設(shè)備的工作環(huán)境都在自己適宜壓力以及流量的范圍內(nèi)，以免造成液壓支架系統(tǒng)性能下降。

1.4 優(yōu)化液壓支架系統(tǒng)時(shí)，要求安全閥流量大

支架采高與對(duì)應(yīng)的支架供液阻力呈正比例關(guān)系。當(dāng)支架采高數(shù)值很小時(shí)，對(duì)應(yīng)的支架供液壓力就越小；當(dāng)支架采高數(shù)值變大時(shí)，對(duì)應(yīng)的支架供液壓力就相應(yīng)變大。在液壓支架系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，頂板對(duì)支架施加壓力，這時(shí)候立柱必須馬上泄液，這樣做的目的就是為了充分保證液壓支架的安全性。那么這樣就對(duì)安全閥的流量提出了進(jìn)一步的要求，安全閥流量必須大到能夠迅速泄液。在一些沖擊地壓比較大的作業(yè)區(qū)域，液壓支架立柱以及起平衡作用的千斤頂?shù)陌踩y應(yīng)該能夠迅速泄液。沖擊來的速度與退的速度都很快，這就必須要求安全閥具有極大的流量，對(duì)沖擊做出反應(yīng)的時(shí)間應(yīng)該十分的短。抵消沖擊地壓的安全法應(yīng)安裝在液壓支架立柱缸體的上面，這樣做的原因是沖擊到來時(shí)液體不能夠完全將壓力傳遞出去，導(dǎo)致液壓支架立柱缸體上部分承受的沖擊地壓要大于液壓支架立柱缸體下部分。這樣的設(shè)計(jì)使液壓支架立柱內(nèi)的平均壓力值變小，減小了沖擊對(duì)液壓支架的損耗。

1.5 優(yōu)化液壓支架系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)效益

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展以及自主創(chuàng)新能力的不斷提升，國(guó)產(chǎn)的液壓元件質(zhì)量越來越高，國(guó)產(chǎn)的液壓元件變得越來越可靠，整體素質(zhì)與國(guó)外進(jìn)口的液壓元件相比差距越來越小。而設(shè)計(jì)優(yōu)化液壓支架系統(tǒng)時(shí)如果采用國(guó)外進(jìn)口的液壓元件，就會(huì)大大增加液壓支架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本，考慮到成本因素，設(shè)計(jì)人員有必要在條件允許的情況下盡量選擇國(guó)產(chǎn)的液壓元件，有利于進(jìn)一步增強(qiáng)我國(guó)自護(hù)研發(fā)的能力以及對(duì)國(guó)產(chǎn)液壓元件的自信心。

液壓元件的密封性能直接決定著液壓支架系統(tǒng)工作運(yùn)行的效率以及可靠性。目前，為了提高液壓支架系統(tǒng)工作運(yùn)行的效率以及可靠性，一部分礦區(qū)都是采用的國(guó)外進(jìn)料口的工作面密封件，研發(fā)使用成本相當(dāng)高，嚴(yán)重影響了煤炭開采產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國(guó)對(duì)密封性液壓元件的研發(fā)雖然取得了舉世矚目的進(jìn)步，同國(guó)外最新的研發(fā)成果相比還是有一段差距，這就要求我們必須加大對(duì)密封性液壓元件的研發(fā)力度，進(jìn)一步提高液壓元件的密封性。

結(jié)語

伴隨著我國(guó)煤炭開采行業(yè)的高速發(fā)展，我國(guó)的液壓支架系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)能力有了快速的提升，充分保證了我國(guó)煤炭開采的正常進(jìn)行。本文詳細(xì)介紹了液壓支架系統(tǒng)相關(guān)的概念與技術(shù)，提出了對(duì)支架液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的具體方案以及相應(yīng)的建議，對(duì)同行起到了一定的參考作用。

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